NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

PHAN ĐÌNH TRUNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
DỊCH VỤ IPTV
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 6 năm 2014
Học viên
Phan Đình Trung
Mục Lục
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AG
AAC
ACM
ADSL
Adaptation gateway
Advanced Audio Coding
Admission Control Mechanism
Asymmetrical Digital Subcriber Line
Cổng thích nghi
Mã hóa audio nâng cao
Cơ chế kiểm soát truy cập
Đường dây thuê bao số bất
đối xứng
CA
CS

CAC
CAR
Conditional Access
Content Server
Call Adminssion Control
Committee Access Rate
Truy cập có điều kiện
Máy chủ chứa nội dung
Kiểm soát quản lý cuộc gọi
Cam kết tốc độ truy nhập
CLI
CoS
Command Line Interface
Class of Service
Giao diện dòng lệnh
Cấp dịch vụ
CPU
CRC
Central Proccesing Unit
Cyclic Redundancy Check
Khối xử lý trung tâm
Mã kiểm tra vòng
DF
DM
Delay Factor
Domain Manager
Hệ số trễ
Quản lý miền
DRM
DSL

Digital Right Management
Digital Subcriber Line
Quản lý quyền sử dụng số
Đường dây thuê bao số
DVB
DVR
DSCP
DTLS
DSLAM
Digital Video Broadcast
Digital Video Recoder
Difference Services Code Point
Logical Link Identifier
Digital Subscriber Line Access
Multiplexer
Tổ chức quảng bá video số
Thiết bị ghi video số
Mã điểm phân biệt dịch vụ
Giá trị chứng thực liên kết
logic
Thiết bị ghép kênh đường
dây thuê bao số
ECN
EPG
Explicit Congestion Notification
Electronic Program Guide
Cảnh báo lỗi
Hướng dẫn chương trình
điện tử
FEC

FG IPTV
Forward Error Correction
Focus Group Internet Protocol
Television
Kỹ thuật sửa lỗi trước
Nhóm nghiên cứu truyền
hình giao thức internet
FTT x Fiber To The x Hệ thống truyền dẫn thuê
bao quang
GOP
HDTV
Group of Pictures
High Definition Television
Nhóm ảnh
Truyền hình định dạng chất
lượng cao
IGMP
IPDV
IPER
IPLR
IPRR
IPTD
Internet Group Management
Protocol
P Packet Transfer Delay
IP Packet Error Ratio
IP Packet Loss Ratio
IP Packet Reordering Ratio
IP Packet Time Delay
Giao thức quản lý nhóm

Internet
Biến động trễ gói tin
Tỉ lệ lỗi gói tin IP
Tỉ lệ tổn thất gói IP
Tỉ lệ sắp xếp lại gói IP
Trễ lan truyền gói tin IP
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình dựa trên giao
thức Internet
IPTVCD IPTV Consumer Device Thiết bị IPTV của khách
hàng
IPTVC
M
IPTV Communications Model Mô hình thông tin IPTV
ISP
ITU –T
LLQ
LLID
Internet Service Provider
International Telecommunication
Union–Telecommunication
Standardization Sector
Low Los Queue
Logical Link Identifier
Nhà cung cấp dịch vụ
Internet
Tiêu chuẩn ngành viễn thông
thuộc Tổ chức viễn thông
quốc tế
Hàng đợi tổn thất thấp
Giá trị chứng thực liên kết

logic
MDI Media Delivery Index Chỉ số truyền thông
MLR Media Loss Ratio Tỉ số mất gói tín hiệu đa
phương tiện
MOS Mean Opinion Score Điểm ý kiến trung bình
Motion Picture Expert Group Nhóm chuyên gia ảnh động
NMS
NP
OLT
ONU
Network Management System
Network Performance
Optical Line Terminal
Optical Network Unit
Hệ thống quản lý mạng
Hiệu năng mạng
Thiết bị đầu cuối quang học
Khối mạng quang học
PVR Personal Video Recorder Ghi lại video theo yêu cầu cá
nhân
PSNR
QoE
QoS
RED
RESV
RFC
Peak Signal-to-Noise Ratio
Quality of Experience
Quality of Service
Random Early Detection

Reservation Request Messages
Request For Comment
Tỉ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu
Chất lượng trải nghiệm
Chất lượng dịch vụ
Loại bỏ gói ngẫu nhiên
Bản tin yêu cầu chiếm dụng
Yêu cầu bình luận
RTSP
SLS
STB
SDTV
SLNP
TS
Real Time Streaming Protocol
Service Level Specification
Set Top Box
Standard Definition Television
Service Level Negotiation Protocol
Transport Stream
Giao thức điều khiển luồng
thời gian thực
Thông số kỹ thuật cấp dịch
vụ
Thiết bị thu nhận giải mã nội
dung
Truyền hình định dạng tiêu
chuẩn
Giao thức đàm phán mức độ
dịch vụ

Dòng truyền tải
VA Video Analyzer Máy phân tích video
VHE Video Head End Nguồn Video
VHO Video Hub Office Trung tâm nguồn video
VoD Video on Demand Dịch vụ xem video theo yêu
cầu
VoIP
XML
WFQ
Voice over IP
eXtensible Markup Language
Weight Fair Queuing
Thoại trên giao thức Internet
Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
Hàng đợi cân bằng trọng số
WRED Weight Random Early Detection Loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên
theo trọng số
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số
hiệu
bảng
Tên bảng Trang
1.1 Ví dụ về các dịch vụ IPTV 15
2.1 Mối liên hệ giữa các dịch vụ IPTV và QoS class ITU-T Y.1541 25
2.2 Các dịch vụ IPTV điển hình và các lớp QoS tương ứng 26
2.3 Quy định về phân chia lưu lượng trong mạng băng rộng VNPT 28
2.4 Các bước kỹ thuật QoS trong cấu hình thiết bị mạng 29
2.5 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG-2 32
2.6 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG-4
AVC hay VC-1

32
2.7 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-2 33
2.8 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4 AVC
hay VC-1
33
2.9 Chỉ tiêu thời gian tương tác 34
2.10 Chỉ tiêu đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng 34
2.11 Các tham số đo lường chất lượng end-to-end 36
2.12 Các tham số đo lường chất lượng mạng IP 38
3.1 Các thông số kỹ thuật cấp dịch vụ cho IPTV 53
3.2 Thông số mô phỏng 67
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số
hiệu
hình
vẽ
Tên hình vẽ Trang
1.1 Hai cách triển khai dịch vụ 4
1.2 Mô hình tổng quát hệ thống IPTV 5
1.3 Mô hình truyền thông IPTV 9
1.4 Cấu trúc dòng cơ bản (Elementary stream) với kỹ thuật nén H.264 10
1.5 Cấu trúc gói PES 10
1.6 MPEG-TS 11
1.7 Cấu trúc dòng MPEG-TS tổng hợp 11
1.8 Đóng gói MPEG/RTP/UDP/IP 12
2.1 Các quan điểm QoS 20
2.2 Mô hình các nhóm QoS dịch vụ 22
2.3 Mô hình tham chiếu QoS NI – NI (ITU-T Y.1514) 22
2.4 Mô hình triển khai QoS trên NGN 27
2.5 Xử lý QoS tại miền IP core 30

2.6 Mạng băng rộng gồm 7 lớp QoS 30
2.7 Miền mạng giữa Access Switch và MAN E 31
2.8 Dịch vụ IPTV 31
2.9 Mô hình đo lường chất lượng hệ thống IPTV 35
3.1 Các bản tin RSVP 39
3.2 Mô hình ứng dụng chất lượng dịch vụ IntServ 40
3.3 DSCP 42
3.4 DSCP và các PHB 42
3.5 Mạng trước và sau hội tụ 43
3.6 Cơ chế QoS và các chính sách điều khiển lưu lượng 46
3.7 Chia lớp lưu lượng 44
3.8 Đánh dấu gói tin 45
3.9 Cơ chế quản lý nghẽn 45
3.10 Thuật toán xếp hàng FIFO 45
3.11 Thuật toán xếp hàng PQ 46
3.12 Thuật toán xếp hàng RB 46
3.13 Thuật toán xếp hàng WRR 46
3.14 Cơ chế tránh lỗi 47
3.15 Cấu hình RED 48
3.16 Cấu hình loại bỏ gói của CB-WRED 48
3.17 Cơ chế lập chính sách cho lưu lượng 49
3.18 Cơ chế định hình cho lưu lượng 49
3.19 Kiến trúc ccho IPTV 50
3.20 Lược đồ XML cho đàm phán SLS 52
3.21 Đàm phán SLS cho 1 nhóm Multicast 54
3.22 Bảng sắp xếp các tin nhắn của đàm phán SLS trong mạng lõi 55
3.23 Cấu trúc AG 57
3.24 Lược đồ XML cho UED 59
3.25 Thông báo thay đổi RTSP 59
3.26 Băng thông của mạng truyền dẫn 61

3.27 Các loại trễ 62
3.28 Mất gói do tràn bộ đệm hàng đợi 63
3.29 (a) Hoạt động của ONU; (b) Hoạt động của OLT; (c) Thuật toán
dừng phát quảng bá
64
3.30 Băng thông sử dụng 67
3.31 (a) Gói tin bị mất; (b) Độ dài xếp hàng 67
3.32 Sơ đồ khối của cấu hình hệ thống 68
MỞ ĐẦU
Hiện tại, Việt Nam có khoảng gần 1 triệu thuê bao IPTV của 4 nhà cung cấp
là VNPT, Viettel, FPT và VTC. Xét về mặt công nghệ thì IPTV có khả năng mang
lại nhiều tiện ích cho khách hàng hơn là dịch vụ truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh
hay truyền hình số mặt đất. Lợi thế mạnh nhất của IPTV là tính năng tương tác,
cung cấp dịch vụ theo yêu cầu của từng cá nhân. Bên cạnh đó, các nội dung chương
trình không bị đóng khung, người xem có thể lưu trữ chương trình yêu thích và xem
lại bất cứ lúc nào. Về lâu dài, IPTV còn có thể cho phép khán giả xem qua nhiều
thiết bị đầu cuối như ti vi, điện thoại di động hay máy tính bảng.
Song hạn chế lớn nhất của IPTV là phải cung cấp trên hạ tầng Internet. Đồng
thời IPTV còn đòi hỏi khắt khe về đường truyền, hạ tầng truyền dẫn phải có băng
thông rộng (xem các kênh HD đường truyền phải từ 10 Mb trở lên). Do đó, để IPTV
có chất lượng cao nhà cung cấp dịch vụ phải có hạ tầng cố định rất tốt.
Vì vậy khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS) trên nền mạng IP được các nhà cung
cấp, khai thác dịch vụ mạng quan tâm. Qos cũng chính là động lực thúc đẩy mạnh mẽ sự
đầu tư của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông hướng tới các giải pháp có tính ổn định
và hiệu quả nhằm đảm bảo chất lượng cho các dịch vụ qua mạng.
QoS là số đo chất lượng tại mức gói xét từ khía cạnh mạng. QoS còn liên
quan đến tập hợp các công nghệ (các cơ chế QoS) cho phép nhà quản lý mạng kiểm
soát các tác động của tắc nghẽn đối với chất lượng ứng dụng cũng như sắp xếp các
dịch vụ phân biệt thành các luồng lưu lượng mạng xác định hoặc cho đối tượng sử
dụng đã được lựa chọn. Các số đo QoS có thể bao gồm các số đo lớp mạng như tỉ lệ

mất gói, trễ hay rung pha… Các kỹ thuật nghiên cứu về QoS hiện nay như: Chia
lớp, đánh dấu, quản lý nghẽn… Hay mô hình tích hợp dịch vụ IntServ, mô hình
phân biệt dịch vụ DiffServ đã phần nào đảm bảo và nâng cao chất lượng dịch vụ
nhưng vấn đề tồn đọng hiện nay chưa giải quyết được đó là với lượng thuê bao tăng
cao, việc tranh giành tài nguyên gay gắt, chất lượng dịch vụ bị ảnh hưởng bởi chất
lượng truy nhập…Thì để đảm bảo nâng cao chất lượng dịch vụ là một bài toán phức
tạp. Với mục tiêu này tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo
chất lượng dịch vụ IPTV” trong luận văn này tác giả đã trình bày tổng quan về
mạng IPTV và đi sâu vào nghiên cứu một số giải pháp cũng như đề xuất của tác giả
về đảm bảo QoS cho mạng IPTV
Nội dung của luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan mạng IPTV
Chương 2: Đánh giá chất lượng của IPTV
Chương 3: Giải pháp đảm bảo chất lượng của IPTV
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc thầy giáo TS. Nguyễn Chiến Trinh đã
nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thiện luận văn này.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG IPTV
1.1. Khái niệm IPTV:
Thuật ngữ IPTV gồm hai thành phần: IP và TV. Trong đó:
- IP: Internet Protocol – giao thức Internet. Là giao thức ở lớp 3 trong mô
hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) (tương đương lớp 2
trong mô hình TCP/IP), là giao thức cơ sở để xây dựng mạng băng rộng hiện nay
đồng thời cũng là cơ sở để xây dựng mạng viễn thông hội tụ trong tương lai. Mạng
băng rộng hoạt động dựa trên giao thức IP (mô hình TCP/IP) không ngừng được
cải tiến, phát triển về băng thông và tốc độ bit, có thể cung cấp đa dịch vụ, kể cả các
dịch vụ tốn nhiều băng thông và cần thời gian thực như thoại, video…
- TV: Television – Truyền hình. TV được hiểu là một môi trường viễn thông
cho phép truyền và nhận hình ảnh động (video) và âm thanh. TV thông thường được
hiểu cho máy thu hình hoặc chương trình truyền hình. Tuy nhiên, thực tế, TV là một hệ
thống gồm có máy thu hình, máy phát, nội dung chương trình và kênh truyền hình.

Sự kết hợp giữa IP và TV có thể được hiểu là dùng mạng băng rộng IP để
truyền tín hiệu hình ảnh và âm thanh đến người xem. Tuy nhiên, IPTV không dùng để
chỉ tất cả các dịch vụ truyền hình ảnh và âm thanh qua mạng IP. IPTV chỉ được hiểu là
các dịch vụ truyền video qua mạng IP được quản lý, không bao gồm các dịch vụ video
dựa trên mạng Internet mở (thường được biết đến như TV online hay video online).
IPTV được định nghĩa là dịch vụ truyền hình số được cung cấp thông qua
mạng Internet băng rộng được quản lý về chất lượng.
Thay vì nhận tín hiệu truyền hình theo kiểu truyền thống hoặc tín hiệu vệ
tinh hoặc qua cáp, IPTV cho phép TV được kết nối trực tiếp vào đường mạng
Internet của gia đình thu tín hiệu. Có thể thấy dịch vụ truyền hình đã được tích hợp
trực tiếp với dịch vụ kết nối mạng Internet.
Hiện có hai phương pháp chính thu tín hiệu truyền hình Internet. Thứ nhất,
sử dụng máy tính kết nối với dịch vụ truyền hình IPTV để nhận tín hiệu sau đó
chuyển đổi thành tín hiệu truyền hình truyền thống trên những chiếc TV chuẩn. Thứ
hai, sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu (Set Top Box - STB). Thực chất bộ chuyển
đổi tín hiệu này cũng chỉ đóng vai trò như một chiếc PC như ở phương pháp thứ
Internet
Head end
Mạng lõi
Set-top-box
Triển khai kiểu truyền thống Triển khai IPTV
nhất. Cùng với sự phát triển của công nghệ chắc chắn sẽ có những sản phẩm TV có
thể kết nối và thu nhận tín hiệu truyền hình trực tiếp từ đường truyền Internet
Hình 1.1: Hai cách triển khai dịch vụ
1.1.1. Nguyên tắc hoạt động
Trong các hệ thống quảng bá tiêu chuẩn, tất cả các kênh quảng bá thông
thường (ví dụ, CNN, HBO,…) được phân phối đến STB tại nhà (qua cáp, vệ tinh
hoặc không trung). Có thể có đến hàng trăm kênh, tất cả đều được phân phối đồng
thời. STB chỉnh đến kênh yêu cầu theo lệnh điều khiển từ xa của khách hàng. Do sự
điều chỉnh cục bộ này, sự chuyển kênh diễn ra gần như ngay lập tức.

Để giữ băng thông trên đường truyền, các hệ thống IPTV được thiết kế để
phân phối chỉ một kênh được yêu cầu đến STB. Có thể có một vài chương trình
(kênh) được truyền đến các địa chỉ IP khác nhau trong cùng một nhà (có nghĩa là
các STB khác nhau hoặc các bộ nhận IP khác nhau). Để chuyển kênh, các yêu cầu
đặc biệt được gửi vào mạng truy nhập. Về bản chất, trong các hệ thống IPTV,
chuyển kênh được tạo ra trong mạng chứ không phải trên STB cục bộ.
TV quảng bá sử dụng IP Multicast và IGMP để phân phối chương trình một
cách hiệu quả thông qua hệ thống. Một Multicast được thiết kế để cho phép nhiều
người sử dụng đồng thời truy cập phiên.
VoD triển khai các dịch vụ IP unicast sử dụng cơ chế điều khiển RTSP. Khi
có yêu cầu của người xem, chương trình được chọn sẽ được định vị từ trong mạng
(từ một server) và phát duy nhất đến người sử dụng. Điều này hiệu quả cho một
mạng có tính riêng tư giữa server và STB của người sử dụng.
1.1.2. IPTV và Triple-play
Triple Play là một thuật ngữ dùng để mô tả sự phân phối các dịch vụ thoại,
video và dữ liệu tới nhà khách hàng. Triple Play cung cấp các dịch vụ này thông qua
một kết nối đơn đến nhà khách hàng (chẳng hạn như Fiber to the home). Dịch vụ
Triple Play sử dụng hạ tầng IP để cung cấp các dữ liệu âm thanh, hình ảnh trong cùng
một gói dịch vụ. Với người dùng, không đòi hỏi phải có đầy đủ các thiết bị kết nối
riêng lẻ mà chỉ cần một modem là có thể xem phim - nghe nhạc, xem lại các kênh
truyền hình yêu thích, kết nối dịch vụ Internet, sử dụng điện thoại với tính tương tác
trực tuyến, khả năng tùy chỉnh các phương thức, giao diện hay phương thức sử dụng
phù hợp theo sở thích của từng người dùng. Điểm mấu chốt trong Triple Play là 3 nhân
tố thoại, video, dữ liệu được tích hợp chung trong một gói dịch vụ duy nhất, mang đến
cho người sử dụng chất lượng và sự tiện lợi cao. IPTV là một thành phần của Triple
Play. IPTV được sử dụng để mô tả sự phân bố video qua mạng IP.
1.2. Cấu trúc IPTV
1.2.1. Mạng cung cấp dịch vụ IPTV
Hình 1.2: Mô hình tổng quát hệ thống IPTV
Mô hình IPTV được sử dụng chung cho thiết bị của hầu hết các nhà sản xuất

thường bao gồm: Mạng nội dung, mạng truyền dẫn, mạng gia đình và mạng quản
lý. Tuy nhiên, đây chỉ là mô hình tổng quát ở cấp cao, thực tế, về chi tiết, các hệ
thống IPTV và giải pháp mạng của các nhà sản xuất khác nhau có đặc tính riêng
biệt khác nhau và phức tạp.
1.2.1.1. Mạng nội dung
Giống như những hệ thống truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh, dịch vụ
IPTV yêu cầu đầu cuối cung cấp nội dung, nơi mà các kênh truyền hình trực tuyến
(broadcast TV) và các nội dung VoD (phim ảnh, ca nhạc…) được thu lại, định dạng
để sau đó phân phối qua mạng IP. Thông thường, đầu cuối video (Video Headend)
thu các chương trình live TV, VoD từ vệ tinh, truyền hình cáp, hoặc từ các nhà phân
phối tập trung… Một vài chương trình cũng có thể được thu của các đài truyền hình
quảng bá mặt đất.
Đầu cuối video thu các kênh truyền hình, mã hóa định dạng video số. Nén tín
hiệu số sử dụng các kỹ thuật nén thường dùng cho video: MPEG-2, MPEG-4…Sau
đó, đóng gói và truyền qua mạng IP.
Dữ liệu từ các video-headend cùng với một số chương trình khác (phim,
nhạc…) cũng được chuyển vào VoD server để phục vụ cho dịch vụ VoD.
1.2.1.2. Mạng truyền tải
Mạng truyền tải là mạng băng rộng IP, các luồng dữ liệu có thể được truyền
bằng phương thức chuyển đa hướng (multicast) cũng có thể chuyển theo phương
thức đơn kênh (unicast).
a. Mạng lõi/biên của nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider Core/Edge
Network):
Các luồng video số đã mã hóa được truyền qua mạng IP của các nhà cung
cấp dịch vụ. Hiện nay, mạng lõi thường dùng kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) còn mạng biên thường là mạng đô thị
MAN-E (Metro Access Network – Ethenet)
b. Mạng truy nhập:
Mạng truy nhập là mạng từ biên của nhà cung cấp dịch vụ đến nhà khách
hàng. Mạng truy nhập băng rộng có thể được xây dựng bằng các công nghệ khác

nhau: DSL (Digital Subcriber Line - đường dây thuê bao số) mà thông thường là
ADSL (Asymmetrical DSL - đường dây thuê bao số bất đối xứng) hoặc VDSL
(Very-high-speed DSL - đường dây thuê bao số tốc độ rất cao), PON (Passive
Optical Networking - Mạng quang thụ động)… Nhà cung cấp dịch vụ đặt một thiết
bị ở nhà khách hàng (ví dụ Modem) để tạo liên kết IP tới mạng gia đình. Hiện nay,
các công nghệ truy nhập vô tuyến đang phát triển rất nhanh, mạng di động thế hệ
thứ ba 3G (Third Genegation) và đặt biệt là giải pháp phát triển lâu dài LTE (Long
Term Evolution) hứa hẹn cung cấp dịch vụ IPTV di động, tiến tới quad-play.
1.2.1.3. Mạng gia đình
Mạng gia đình là mạng phân phối dịch vụ IPTV trong nhà. Có rất nhiều
loại mạng gia đình: Mạng không dây (wireless), mạng có dây (wireline)… Tuy
nhiên, để đáp ứng được nhu cầu băng thông rất cao của IPTV thì hiện nay, chỉ có
công nghệ wireline được sử dụng. STB được xem là điểm kết thúc của mạng gia
đình IPTV.
1.2.1.4. Bộ phận quản lý
IPTV middleware là một gói các phần mềm phục vụ cho việc thực hiện các
dịch vụ của IPTV: Thực hiện quản lý nội dung, quản lý cáp truyền, tính cước phí,
quản lý các thuê bao. Cũng như đối với phần cứng IPTV, mỗi nhà sản xuất phần
mềm đưa ra giải pháp riêng của họ: Microsoft, Apple
Nhà cung cấp dịch vụ cần lựa chọn Middleware thích hợp nhất với cấu trúc
hệ thống của mình. Middleware thông thường là một cấu trúc máy khách/máy chủ
(client/server), ở đây STB là client. Cấu trúc chức năng của Middleware có thể bao
gồm các thành phần sau:
- Giao diện người dùng: Là giao diện tương tác giữa người dùng và dịch vụ,
cho phép người sử dụng có thể dùng các dịch vụ IPTV với các thao tác đơn giản,
tương thích với màn hình TV.
- Quản lý quan hệ người dùng: Giao diện giữa nhà cung cấp dịch vụ và người
dùng. Cho phép thực hiện marketing và bán các sản phẩm dịch vụ IPTV.
- Điều kiện truy nhập/Quản lý bản quyền số: Còn được gọi là hệ thống an
toàn IPTV, có tác dụng kiểm tra quyền truy nhập của khách hàng và chống lại việc

đánh cấp nội dung IPTV.
- Quản lý VoD: Cho phép quản lý việc sử dụng các dịch vụ VoD.
- Tính cước: Cho phép tính cước dịch vụ, đây là một vấn đề khá phức tạp vì
IPTV là một hệ thống đa dịch vụ.
1.2.2. Phương thức truyền dữ liệu IPTV
Dữ liệu của dịch vụ IPTV được truyền dưới theo 2 hình thức: Multicast cho
Live TV và unicast cho VoD và các dịch vụ giá trị gia tăng khác.
Các dịch vụ video của IPTV chủ yếu sử dụng giao thức dữ liệu người dùng
(UDP – User Datagram Protocol) kết hợp với giao thức truyền tải thời gian thực
RTP/RTCP (Real time Transport Protocol/ Real time Transport Control Protocol).
1.2.2.1. Multicast
Multicast là phương thức chủ yếu để truyền các chương trình truyền hình
trực tiếp LiveTV, Multicast là giao thức truyền một tín hiệu đến nhiều người nhận
cùng một lúc có chọn lựa. Dùng multicast có thể tiết kiệm băng thông so với dùng
unicast hoặc broadcast.
Đối với multicast, các máy thu cùng muốn nhận một dữ liệu sẽ tham gia vào
1 nhóm multicast (mỗi nhóm được xác định bằng 1 địa chỉ IP lớp D). Máy thu dùng
bản tin IGMP đến bộ định tuyến để yêu cầu tham gia 1 nhóm.
Dựa vào các nhóm đó, các bộ định tuyến trên mạng sẽ chạy các giao thức
multicast (DVMRP – Distance Vector Multicast Routing Protocol, PIM – Protocol
Independent Multicast, MOSPF – Multicast Open Shortest-Path First, CBT – Core
Based Trees, MBGP – Multiprotocol BGP Extenssions for IP Multicast, MSDP -
Multicast Source Discovery Protocol) để đưa dữ liệu đến máy thu.
Nguồn multicast có nhiệm vụ thiết lập các phiên, các nhóm và quảng bá
nhóm đến máy thu.
1.2.2.2. Unicast
Unicast thông thường được sử dụng để truyền dữ liệu VoD và các dịch vụ
giá trị gia tăng. Unicast là phương thức truyền tín hiệu từ từ một máy thu đến một
máy phát. Đối với IPTV, các kênh unicast chủ yếu là từ video server đến người
dùng. Việc truyền unicast video rất tốn tài nguyên mạng. Do đó, khi IPTV vào giai

đoạn phát triển nhanh, dẫn đến tăng nhanh các kênh unicast sẽ gây ảnh hưởng lớp
đến chất lượng dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ cần đưa ra các giải pháp thích hợp.
1.2.2.3. Giao thức RTP/RTCP
RTP và RTCP là một bộ giao thức nằm ở lớp 4 của mô hình OSI (Transport)
được chuẩn hóa theo RFC 1889 và RFC 3550, cho phép truyền tải gói tin thời gian
thực (thông thường là audio và video) qua mạng IP có hỗ trợ chất lượng.
RTP định dạng dữ liệu thực và truyền qua mạng trong khi RTCP được dùng để
gửi các gói tin điều khiển, thu nhận thông tin và phản hồi về chất lượng dịch vụ.
1.2.3. Đóng gói dữ liệu video của IPTV
1.2.3.1. Mô hình truyền thông IPTV
Dữ liệu video ở đầu gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình
IPTV, và được truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí. Ở đầu
nhận, dữ liệu nhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng trong mô hình IPTV.
Hình 1.3: Mô hình truyền thông IPTV
1.2.3.2. Mã hóa video
Tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa gọi là các dòng cơ bản (elementary stream).
Tùy theo kỹ thuật nén mà có các dòng cơ bản khác nhau. Dòng cơ bản thường chỉ
bao gồm dữ liệu video/audio và một vài thông tin về kích thước và tần số ảnh, tỉ lệ
màn ảnh… Đối với kỹ thuật nén H.264, dòng cơ bản này còn được chia thành các
gói đơn vị NAL (Network Abstraction Layer unit).
Hình 1.4: Cấu trúc dòng cơ bản (Elementary stream) với kỹ thuật nén H.264
1.2.3.3. Đóng gói video
Dòng cơ bản video/audio phải được chia thành các gói được đánh dấu thời
gian PES (Parketized Element Stream Packet). Một gói PES chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu
từ 1 nguồn duy nhất, kích thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65.536 byte/gói.
Bao gồm 6 byte mào đầu, và số byte còn lại chứa nội dung chương trình.
Hình 1.5: Cấu trúc gói PES
1.2.3.4. Đóng gói kết cấu dòng truyền tải
Các gói PES được chia nhỏ thành các gói TS có kích thước cố định 188 byte
(184 byte dữ liệu và 4 byte header). Chuẩn đóng gói thường được dùng là MPEG và

dữ liệu sau đóng gói được gọi là MPEG2-TS.
Hình 1.6: MPEG-TS
Các gói ở lớp này có thể bao gồm cả dữ liệu video, audio và các dữ liệu khác
liên quan, tuy nhiên, mỗi gói chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu duy nhất.
Trong một số trường hợp, đóng gói ở lớp này có thể được bỏ qua vì giao
thức RTP cũng hỗ trợ việc đóng gói và truyền trực tiếp các PES. Sử dụng phương
pháp đóng gói RTP trực tiếp có thể cắt giảm lưu lượng dư thừa và đang được
nghiên cứu phát triển. Tuy nhiên, đóng gói MPEG-TS thông dụng hơn và tương
thích với hầu hết các hệ thống giải mã video.
Hình 1.7: Cấu trúc dòng MPEG-TS tổng hợp
1.2.3.5. Đóng gói ở các lớp thấp hơn
Các TS phải tiếp tục được đóng gói để có thể truyền qua mạng IP. RTP là
một giao thức tùy chọn ở lớp truyền vận, gói tin có thề được đóng gói RTP/UDP
hoặc chỉ đóng gói UDP.
Hình 1.8: Đóng gói MPEG/RTP/UDP/IP
1.3. Đặc điểm của IPTV
1.3.1. Một số đặc điểm của IPTV
- Hỗ trợ truyền hình tương tác: Các khả năng hoạt động hai chiều của hệ
thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra một số lượng lớn các ứng dụng
truyền hình tương tác. Các loại hình dịch vụ được phân phối qua dịch vụ IPTV có
thể bao gồm truyền hình trực tiếp tiêu chuẩn, truyền hình HDTV, các trò chơi trực
tuyến, và kết nối Internet tốc độ cao.
- Không phụ thuộc thời gian: IPTV khi kết hợp với máy thu video số cho
phép tạo chương trình nội dung không phụ thuộc thời gian bằng cơ chế ghi và lưu
lại nội dung IPTV và sau đó có thể xem lại.
- Tăng tính cá nhân: Hệ thống IPTV từ đầu cuối-đến-đầu cuối hỗ trợ thông
tin hai chiều và cho phép các đối tượng sử dụng lựa chọn và thiết lập việc xem TV
theo sở thích riêng như chương trình và thời gian xem ưa thích.
- Yêu cầu về băng thông thấp: Thay vì phải truyền tải tất cả các kênh cho mọi
đối tượng sử dụng, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần phải

phát các kênh mà đối tượng sử dụng yêu cầu. Tính năng hấp dẫn này cho phép nhà
khai thác mạng tiết kiệm băng thông.
- Khả năng truy nhập trên nhiều loại thiết bị: Việc xem nội dung IPTV
không bị giới hạn là dùng cho các máy thu hình. Các khác hàng thường sử dụng
máy tính cá nhân và các thiết bị di động để truy cập tới các dịch vụ IPTV.
1.3.2. Ưu điểm của IPTV
- Tích hợp đa dịch vụ: Trên một đường kết nối Internet người dùng IPTV có
thể được sử dụng cùng một lúc rất nhiều dịch vụ khác nhau như truy cập Internet,
truyền hình, điện thoại cố định và di động, VoIP (Voice over Internet Protocol)
mang lại cho người dùng sự tiện lợi trong quá trình sử dụng.
- Tính tương tác cao: IPTV sẽ mang lại cho người dùng trải nghiệm xem truyền
hình có tính tương tác và cá nhân hóa rất cao. Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ IPTV có thể
tích hợp một chương trình hướng dẫn tương tác cho phép người xem có thể tìm kiếm nội
dung chương trình truyền hình theo tựa đề hoặc tên diễn viên. Hoặc nhà cung cấp dịch
vụ có thể triển khai chức năng “hình-trong-hình” (picture-in-picture) cho phép người
dùng xem nhiều kênh cùng một lúc. Người dùng cũng có thể sử dụng TV để truy cập
đến các nội dung đa phương tiện khác trên PC như hình ảnh hay video hoặc sử dụng điện
thoại di động để điều khiển TV ở nhà ghi lại một chương trình ưa thích nào đó Một
phương thức tương tác khác mà nhà cung cấp dịch vụ IPTV có thể triển khai là cung cấp
các thông tin mà người xem yêu cầu trực tiếp trong quá trình xem chương trình.
- Công nghệ chuyển mạch IP: Mọi dữ liệu chương trình truyền hình được
lưu trữ tại một vị trí trung tâm và chỉ có dữ liệu kênh mà người dùng yêu cầu xem là
được truyền tải đi. Điều này sẽ cho phép nhà cung cấp dịch vụ có thể bổ sung thêm
được nhiều dịch vụ cho IPTV hơn vì băng thông không còn phải là vấn đề quá khó
giải quyết nữa.
- Mạng gia đình: Kết nối vào mạng Internet trong gia đình không chỉ có TV
mà còn có các PC khác. Điều này sẽ cho phép người dùng có thể sử dụng TV để
truy cập đến những nội dung đa phương tiện trên PC như ảnh số, video, lướt web,
nghe nhạc Không những thế một số màn hình TV giờ đây còn được tích hợp khả
năng vận hành như một chiếc TV bình thường. Tất cả liên kết sẽ trở thành một

mạng giải trí gia đình hoàn hảo.
- Video theo yêu cầu VoD: VoD cho phép người xem có thể yêu cầu xem bất
kỳ một chương trình truyền hình nào đó mà họ ưa thích. Ví dụ, người xem muốn
xem một bộ phim đã có cách đây vài năm thì chỉ cần thực hiện tìm kiếm và dành
thời gian để xem hoặc ghi ra đĩa xem sau.
- Truyền hình chất lượng cao HD: Xu hướng nội dung chất lượng cao hiện
đã hiển hiện thực tế. Nhờ kết nối băng thông rộng nên có thể nói chỉ trong tương lai
không xa IPTV sẽ chỉ phát truyền hình chất lượng cao. Điều này đồng nghĩa với
các chương trình có chất lượng hình ảnh và âm thanh cao.
1.3.3. Thách thức cho dịch vụ IPTV
- Gian lận truy cập: Tình huống này xảy ra khi một cá nhân sử dụng kĩ xảo để
phá vỡ các cơ chế truy cập thông thường nhằm tăng lượng truy cập trái phép đến nội
dung truyền hình mà không phải trả tiền hoặc gia tăng thêm sự cho phép truy cập.
- Quảng bá trái phép: Nội dung IPTV được phân phối theo định dạng số,
làm đơn giản hoá công việc của một cá nhân nào đó muốn sao chép hoặc quảng bá
nội dung. Với các trạm quảng bá đặt tại từng PC, các hacker sẽ có thể phân phối lại
nội dung đến các máy tính khác trên toàn thế giới; một số trường hợp phổ biến là
các cá nhân phát lại một số sự kiện thể thao nhiều người ưa thích và thu tiền như
một hình thức thương mại. Các mạng P2P giúp cho việc quảng bá nội dung dễ dàng
hơn, từ đó gây khó khăn cho mô hình kinh doanh IPTV.
- Lỗi hỏng truy cập: Nếu một cá nhân phá hoại cơ sở hạ tầng hoặc một trong
các thành phần dịch vụ, thì các khách hàng sẽ không truy cập được dịch vụ, làm cho
uy tín dịch vụ sụt giảm. Do đó, an ninh và độ tin cậy là hai yếu tố bắt buộc để đảm
bảo dịch vụ luôn sẵn sàng hoạt động và mọi sự cố sẽ được nhanh chóng xử lý.
- Lỗi hỏng nội dung: Trong IPTV, tín hiệu được gửi đi sử dụng các giao
thức IP bình thường và những kẻ phá hoại có thể kết nối thông qua web và xử lý bộ
phận middleware hoặc các server. Họ cũng có thể thay đổi dữ liệu trong kho nội
dung trước khi nó được mã hoá bảo mật bởi phần mềm DRM. Do đó, các bộ phim
hoặc nội dung trái phép có thể được phát đi.
- Chất lượng của dịch vụ: IPTV phải đối mặt với khả năng mất dữ liệu cao

và sự chậm trễ truyền tín hiệu. Nếu như đường kết nối mạng của người dùng không
thật sự tốt cũng như không đủ băng thông cần thiết thì khi xem chương trình sẽ rất dễ
bị giật hay việc chuyển kênh có thể tốn khá nhiều thời gian để tải về. Thêm vào nữa
nếu máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ không đủ mạnh thì khi số lượng người xem
truy cập vào đông thì chất lượng dịch vụ có thể giảm sút.
1.4. Các dịch vụ IPTV
Các dịch vụ chính thường được triển khai trước là dịch vụ video theo yêu cầu và
video quảng bá, tuy nhiên các nhà khai thác viễn thông đều có kế hoạch bổ sung các
dịch vụ này với các dịch vụ trò chơi, quảng cáo, âm thanh, thông tin… Điều cần biết là
định nghĩa và phạm vi của các dịch vụ này sẽ liên tục được tiến triển theo thời gian.
Bảng 1-1: Ví dụ về các dịch vụ IPTV
Dịch vụ TV
 Truyền hình số
 Truyền hình trả tiền
 Truyền hình xem lại
 Chỉ dẫn chương trình
Dịch vụ giải trí
 Trò chơi
 Karaoke
Dịch vụ lưu trữ
 Video theo yêu cầu
 Truyền hình định thời
 Bộ lưu trữ cá nhân
Dịch vụ thương mại
 Hội nghị từ xa
 Quảng cáo hướng đối tượng
Dịch vụ truyền thông
 Thoại qua IP
 SMS/MMS
 Tin nhắn tức thời

 Hội nghị Video
Dịch vụ khách hàng
 Đào tạo từ xa
 Tự động hóa gia đình.
 Dịch vụ hội tụ
 Dịch vụ y tế
1.4.1. Dịch vụ truyền hình quảng bá
- Dịch vụ truyền hình: Đây được hiểu là dịch vụ truyền hình số trên nền
mạng IP phát quảng bá những chương trình truyền hình được thu lại từ hệ thống
truyền hình mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh hoặc kênh truyền hình
riêng tới khách hàng.
Các kênh truyền hình được thu từ những nguồn thu khác nhau, bao gồm: